60. Kako aluminij v staljenem cinku vpliva na vroče{1}}cinkanje?

Aluminij (A1) je srebrno-bela kovina s-kubično (FCC) kristalno strukturo. Njegova rešetkasta konstanta meri 404959,6 nm, atomska masa je 26,8, tališče 658 stopinj in vrelišče 2000 stopinj. Komercialni cinkovi izdelki ne vsebujejo aluminija, ki je namenoma dodan med vročim-cinkanjem. Ta postopek služi trem ključnim namenom: povečanju sijaja površine pocinkane jeklene cevi, izboljšanju prožnosti, spreminjanju mikrostrukture sloja železove-cinkove zlitine in nevtralizaciji učinkov železa v staljenem cinku. Podrobnosti so naslednje: (1) Aluminij izboljša površinski lesk in fleksibilnost pocinkanih jeklenih cevi.
Teoretično bi za dosego tega cilja zadostovala le 0,02 % vsebnost aluminija v cinkovi kopeli. Ker pa aluminij hitro oksidira na površini cinka, empirični dokazi kažejo, da je za vzdrževanje zahtevane ravni 0,02 % potrebno dodati približno 0,2 % aluminija. Močna afiniteta med aluminijem in kisikom tvori plast aluminijevega oksida, ki učinkovito blokira difuzijo kisika in ščiti staljeni aluminij in cink pred oksidacijo. Ta zaščitni mehanizem tudi preprečuje oksidacijo drugih kovinskih elementov v cinkovi kopeli. Kot je znano, oksidacija cinka proizvaja rumen cinkov oksid, svinčev in kadmijev oksid pa imata podobne rumenkaste odtenke. Brez zaščitne vloge aluminija bi bila pocinkana površina močno obarvana z rumenimi spojinami, kar bi znatno ogrozilo njen sijaj. Zato je dodajanje ustrezne količine aluminija bistvenega pomena pri vročem-cinkanju, da se doseže svetlejša končna obdelava. Poleg tega 0,2 % vsebnost aluminija v cinkovi kopeli ne daje le optimalnih dekorativnih vzorcev, ampak zagotavlja tudi izjemno fleksibilnost v pocinkani plasti.
Ameriško združenje za testiranje materialov (ASTM) pa priporoča, da se aluminij ne uporablja kot dodatek kovinam za posvetlitev, in če se uporablja, mora biti njegova vsebnost omejena na manj kot 0,01 %.
(2) Spreminjanje mikrostrukture pocinkanih plasti Teoretično je vsebnost aluminija 0,2-0,3 % v staljenem cinku zadostna za spremembo mikrostrukture pocinkanih plasti. Vendar pa v praktični proizvodnji aluminij zlahka reagira s kisikom v staljenem cinku, kar povzroči njegovo porabo. Za ohranitev ciljne vsebnosti aluminija je treba dodati približno 1,5%-3,5% aluminija. Da bi prikazali, kako vsebnost aluminija vpliva na mikrostrukturo, analiziramo spremembe od nizkih do visokih koncentracij aluminija: povečanje vsebnosti aluminija za 0,05 % izboljša površinski sijaj pocinkane plasti, vendar nima vpliva na njeno mikrostrukturo. Tako pocinkana plast ohrani enako sestavo kot tista, proizvedena iz čiste cinkove tekočine, ki jo sestavljajo adhezivna plast (faza a), vmesna plast (faza Y), rahlo razpokana rešetkasta plast (faza 81) in lebdeča plast (faza S) čistega cinka (faza n). Ključna razlika je v izraziti kristalni morfologiji faz v primerjavi s čisto cinkovo ​​tekočino.
Ko je vsebnost aluminija v cinkovi tekočini 0,1 %, je kristalizacija plavajoče plasti (3 faza) v obliki velikega bloka in ni neprekinjena plast, ampak neke vrste ločeni vključki.
Ko je vsebnost aluminija v cinkovi tekočini 0,15 %, porazdelitev lebdeče plasti (faza 5) ni neprekinjena plast, temveč nekaj večjih, ločenih kristalnih skupkov, in le mrežasta plast (faza 81) predstavlja nekoliko bolj gosto strukturo.
Ko vsebnost aluminija v cinkovi kopeli doseže 0,24 %, postane učinek legiranja zelo učinkovit pri preprečevanju korozije. Če cinkovo ​​kopel vzdržujemo pri 440 stopinjah 1 uro nanašanja, po odstranitvi in ​​pregledu ni opaziti nobene reakcije. Posledično je pocinkana plast na vzorcu sestavljena izključno iz plasti čistega cinka. To se zgodi, ker aluminij reagira z jekleno cevjo in tvori film spojine FeAl₃ (ali Fe₂AlO), ki zavira difuzijo železovih ionov proti plasti cinka.
Kot je prikazano zgoraj, je vsebnost aluminija ključni dejavnik pri spreminjanju mikrostrukture pocinkane plasti. Ko je vsebnost aluminija fiksna, drugi procesni parametri-vključno s časom potopitve cinka, fluidnostjo (kot je prikazano na sliki 3-5) in temperaturo-tudi vplivajo na mikrostrukturo cinkove plasti. Zato pri proizvodnji vročega cinkanja medsebojno delovanje teh treh dejavnikov urejajo specifikacije postopka. Samo s strogim upoštevanjem predpisanih delovnih pogojev lahko dosežemo želeno pocinkano plast.
(3) Učinek železa v cinkovi kopeli je izravnan, ker se lahko aluminij združi z železom v cinkovi kopeli in tvori tri spojine, in sicer FeAl, FeAl2 in FeAl3, kar zmanjša učinek na pocinkano prevleko.